Adenosindeaminase - Adenosine deaminase
Adenosin/AMP-Deaminase | |||||||||
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Identifikatoren | |||||||||
Symbol | A_Deaminase | ||||||||
Pfam | PF00962 | ||||||||
Pfam- Clan | CL0034 | ||||||||
InterPro | IPR001365 | ||||||||
PROSITE | PDOC00419 | ||||||||
SCOP2 | 1hinzufügen / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
CDD | cd01320 | ||||||||
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Adenosindeaminase (Editase)-Domäne | |||||||||
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Identifikatoren | |||||||||
Symbol | A_deamin | ||||||||
Pfam | PF02137 | ||||||||
InterPro | IPR002466 | ||||||||
PROSITE | PDOC00419 | ||||||||
SCOP2 | 1hinzufügen / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
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Adenosin/AMP-Deaminase N-terminal | |||||||||
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Identifikatoren | |||||||||
Symbol | A_deaminase_N | ||||||||
Pfam | PF08451 | ||||||||
InterPro | IPR013659 | ||||||||
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Adenosin-Deaminase (auch bekannt als Adenosin-Aminohydrolase oder ADA ) ist ein Enzym ( EC 3.5.4.4 ), das am Purinstoffwechsel beteiligt ist . Es wird für den Abbau von Adenosin aus der Nahrung und für den Nukleinsäureumsatz im Gewebe benötigt.
Seine Hauptfunktion beim Menschen ist die Entwicklung und Aufrechterhaltung des Immunsystems. Die volle physiologische Rolle von ADA ist jedoch noch nicht vollständig verstanden.
Struktur
ADA existiert sowohl in kleiner Form (als Monomer) als auch in großer Form (als Dimerkomplex). In der Monomerform ist das Enzym eine Polypeptidkette, die in acht Stränge paralleler α/β-Fässer gefaltet ist, die eine zentrale tiefe Tasche umgeben, die das aktive Zentrum darstellt. Zusätzlich zu den acht zentralen β-Fässern und acht peripheren α-Helices enthält ADA auch fünf zusätzliche Helices: Reste falten sich 19-76 in drei Helices, die sich zwischen β1- und α1-Faltung befinden; und zwei antiparallele carboxyterminale Helices befinden sich über dem Aminoterminal des β-Barrels.
Das aktive Zentrum von ADA enthält ein Zinkion, das sich in der tiefsten Vertiefung des aktiven Zentrums befindet und von fünf Atomen aus His15, His17, His214, Asp295 und dem Substrat koordiniert wird. Zink ist der einzige für die Aktivität notwendige Cofaktor .
Das Substrat, Adenosin, wird stabilisiert und durch neun Wasserstoffbrücken an das aktive Zentrum gebunden. Die Carboxylgruppe von Glu217, die ungefähr koplanar mit dem Purinring des Substrats ist, ist in der Lage, eine Wasserstoffbrücke mit N1 des Substrats zu bilden. Die Carboxylgruppe von Asp296, ebenfalls koplanar mit dem Purinring des Substrats, bildet eine Wasserstoffbrücke mit N7 des Substrats. Die NH-Gruppe von Gly184 ist in der Lage, mit N3 des Substrats eine Wasserstoffbrücke zu bilden. Asp296 bildet sowohl mit dem Zn 2+ -Ion als auch mit 6-OH des Substrats Bindungen . His238 bindet auch Wasserstoffbrücken an das Substrat 6-OH. Das 3'-OH des Substrats Ribose bildet mit Asp19 eine Wasserstoffbrücke, während das 5'-OH mit His17 eine Wasserstoffbrücke bildet. An der Öffnung des aktiven Zentrums werden durch das 2'-OH und 3'-OH des Substrats zwei weitere Wasserstoffbrücken zu Wassermolekülen gebildet.
Aufgrund der Vertiefung des aktiven Zentrums innerhalb des Enzyms wird das Substrat, sobald es gebunden ist, fast vollständig vom Lösungsmittel abgesondert. Die Oberflächenexposition des Substrats gegenüber Lösungsmittel im gebundenen Zustand beträgt 0,5% der Oberflächenexposition des Substrats im freien Zustand.
Reaktionen
ADA desaminiert Adenosin irreversibel und wandelt es durch Substitution der Aminogruppe durch eine Ketogruppe in das verwandte Nukleosid Inosin um .
Inosin kann dann durch ein anderes Enzym namens Purin-Nukleosid-Phosphorylase (PNP) deribosyliert (aus Ribose entfernt ) werden, wodurch es in Hypoxanthin umgewandelt wird .
Mechanismus der Katalyse
Der vorgeschlagene Mechanismus für die ADA-katalysierte Desaminierung ist die stereospezifische Additions-Eliminierung über ein tetraedrisches Intermediat. Bei beiden Mechanismen aktiviert Zn 2+ als starkes Elektrophil ein Wassermolekül, das durch das basische Asp295 deprotoniert wird, um das angreifende Hydroxid zu bilden. His238 richtet das Wassermolekül aus und stabilisiert die Ladung des angreifenden Hydroxids. Glu217 wird protoniert, um ein Proton an N1 des Substrats zu spenden.
Die Reaktion ist stereospezifisch aufgrund der Lage des Zinks, Asp295 und His238 Reste, die alle Gesicht der B-Seite des Purinrings des Substrats.
Bei ADA wurde eine kompetitive Hemmung beobachtet, bei der das Produkt Inosin als kompetitiver Inhibitor der enzymatischen Aktivität wirkt.
Funktion
ADA gilt als eines der Schlüsselenzyme des Purinstoffwechsels. Das Enzym wurde in Bakterien, Pflanzen, Wirbellosen, Wirbeltieren und Säugetieren mit hoher Konservierung der Aminosäuresequenz gefunden . Der hohe Grad an Konservierung der Aminosäuresequenz legt die entscheidende Natur von ADA im Purin-Salvage-Weg nahe.
In erster Linie ist ADA beim Menschen an der Entwicklung und Aufrechterhaltung des Immunsystems beteiligt. Allerdings hat ADA Verein auch mit epithelialen Zell beobachtet Differenzierung , Neurotransmission und Schwangerschaft Wartung. Es wurde auch vorgeschlagen, dass ADA zusätzlich zum Adenosinabbau die Freisetzung von exzitatorischen Aminosäuren stimuliert und für die Kopplung von A1-Adenosinrezeptoren und heterotrimeren G-Proteinen notwendig ist . Ein Mangel an Adenosindeaminase führt zu Lungenfibrose, was darauf hindeutet, dass eine chronische Exposition gegenüber hohen Adenosinspiegeln Entzündungsreaktionen verschlimmern kann, anstatt sie zu unterdrücken. Es wurde auch erkannt, dass Adenosindesaminase-Protein und -Aktivität in Mäuseherzen , die HIF1α überexprimieren, hochreguliert sind , was teilweise die abgeschwächten Adenosinspiegel in HIF-1α-exprimierenden Herzen während ischämischem Stress erklärt.
Pathologie
Einige Mutationen im Gen für Adenosindeaminase führen dazu, dass es nicht exprimiert wird. Der daraus resultierende Mangel ist eine Ursache der schweren kombinierten Immunschwäche (SCID), insbesondere der autosomal-rezessiven Vererbung. Mangelnde ADA-Spiegel wurden auch mit Lungenentzündung, Thymuszelltod und defekter T-Zell-Rezeptor-Signalgebung in Verbindung gebracht.
Umgekehrt sind Mutationen, die dazu führen, dass dieses Enzym überexprimiert wird, eine Ursache für hämolytische Anämie .
Es gibt Hinweise darauf, dass ein anderes Allel (ADA2) zu Autismus führen kann .
Erhöhte ADA-Werte wurden auch mit AIDS in Verbindung gebracht .
Isoformen
Es gibt 2 Isoformen von ADA: ADA1 und ADA2.
- ADA1 kommt in den meisten Körperzellen vor, insbesondere in Lymphozyten und Makrophagen , wo es nicht nur im Zytosol und Kern, sondern auch als Ektoform auf der Zellmembran an Dipeptidyl-Peptidase-4 (auch bekannt als CD26) angeheftet ist . ADA1 ist hauptsächlich an der intrazellulären Aktivität beteiligt und existiert sowohl in kleiner Form (Monomer) als auch in großer Form (Dimer). Die Umwandlung von kleinen zu großen Formen wird durch einen „Umwandlungsfaktor“ in der Lunge reguliert.
- ADA2 wurde erstmals in der menschlichen Milz identifiziert. Es wurde anschließend in anderen Geweben einschließlich der Makrophagen gefunden, wo es mit ADA1 koexistiert. Die beiden Isoformen regulieren das Verhältnis von Adenosin zu Desoxyadenosin, wodurch die Abtötung von Parasiten verstärkt wird. ADA2 kommt überwiegend im menschlichen Plasma und Serum vor und existiert ausschließlich als Homodimer.
Klinische Bedeutung
ADA2 ist die vorherrschende Form im menschlichen Blutplasma und ist bei vielen Erkrankungen, insbesondere solchen, die mit dem Immunsystem verbunden sind, erhöht: zum Beispiel bei rheumatoider Arthritis , Psoriasis und Sarkoidose . Auch die Plasmaisoform ADA2 ist bei den meisten Krebsarten erhöht. ADA2 ist nicht ubiquitär, sondern koexistiert mit ADA1 nur in Monozyten-Makrophagen.
Die Gesamtplasma-ADA kann mit Hochleistungsflüssigkeitschromatographie oder enzymatischen oder kolorimetrischen Techniken gemessen werden . Das vielleicht einfachste System ist die Messung des Ammoniaks, das aus Adenosin beim Abbau zu Inosin freigesetzt wird. Nach der Inkubation des Plasmas mit einer gepufferten Adenosinlösung wird das Ammoniak mit einem Berthelot-Reagenz umgesetzt , um eine blaue Farbe zu bilden, die der Menge der Enzymaktivität proportional ist. Zur Messung von ADA2 wird vor der Inkubation Erythro -9-(2-Hydroxy-3- nonyl)-Adenin (EHNA) zugegeben, um die enzymatische Aktivität von ADA1 zu hemmen. Es ist das Fehlen von ADA1, das SCID verursacht .
ADA kann auch bei der Abklärung von lymphozytären Pleuraergüssen oder peritonealem Aszites verwendet werden , da solche Proben mit niedrigen ADA-Spiegeln Tuberkulose im Wesentlichen ausschließen.
Tuberkulose- Pleuraergüsse können jetzt durch erhöhte Adenosin-Deaminase-Spiegel in der Pleuraflüssigkeit von über 40 U pro Liter genau diagnostiziert werden.
Cladribin und Pentostatin sind antineoplastische Mittel zur Behandlung von Haarzell-Leukämie ; ihr Wirkmechanismus ist die Hemmung der Adenosindeaminase.
Siehe auch
Verweise
Weiterlesen
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Externe Links
- Lokalisierung des menschlichen ADA- Gens im UCSC Genome Browser .
- Details zum menschlichen ADA- Gen im UCSC Genome Browser .
- PDBe-KB bietet einen Überblick über alle Strukturinformationen, die in der PDB für Humane Adenosindesaminase verfügbar sind
- PDBe-KB bietet einen Überblick über alle in der PDB verfügbaren Strukturinformationen für Maus-Adenosin-Desaminase